(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
減圧排気可能な処理室内に設けられた載置台に基板を載置し、基板表面をドライクリーニングするドライクリーニング方法であって、
前記処理室内にクリーニングガスを導入し、クリーニングガスを基板上に吸着させる工程と、
クリーニングガスを基板上に吸着させた後、前記処理室内に、熱エネルギーが与えられたエネルギー媒体ガスを導入し、該エネルギー媒体ガスから前記基板上に吸着された前記クリーニングガスに熱エネルギーを供給して、前記基板表面でクリーニング反応を進行させる工程と
を含むことを特徴とするドライクリーニング方法。
【請求項２】
前記クリーニングガスの導入と前記エネルギー媒体ガスの導入との間に、前記処理室内にパージガスを導入して処理室内をパージする工程を有することを特徴とする請求項１に記載のドライクリーニング方法。
【請求項３】
前記クリーニングガスを基板上に吸着させる工程と、前記処理室内に前記エネルギー媒体ガスを導入し、クリーニング反応を進行させる工程とを、前記処理室内にパージガスを導入して処理室内をパージする工程を挟んで交互に行うことを特徴とする請求項１に記載のドライクリーニング方法。
【請求項４】
前記エネルギー媒体ガスは、前記処理室内の基板に供給される直前に熱エネルギーを与えられることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のドライクリーニング方法。
【請求項５】
前記クリーニングガスは、前記載置台に載置された基板に対して平行なガス流が形成されるように供給されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のドライクリーニング方法。
【請求項６】
前記エネルギー媒体ガスは、前記載置台に載置された基板に対して垂直なガス流が形成されるように供給されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のドライクリーニング方法。
【請求項７】
前記エネルギー媒体ガスは、不活性ガスであることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のドライクリーニング方法。
【請求項８】
前記クリーニングガスは、基板上の酸化膜または有機系汚染物質と反応してこれらを除去するものであることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のドライクリーニング方法。
【請求項９】
前記クリーニング反応は、８０〜３００℃の温度で進行させることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のドライクリーニング方法。
【請求項１０】
前記エネルギー媒体ガスを前記処理室内に導入するに先立って、前記処理室内を昇圧することを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載のドライクリーニング方法。
【請求項１１】
基板を収容してクリーニング処理を行う、減圧排気可能な処理室と、
前記処理室内で基板を載置する載置台と、
前記処理室内にクリーニングガスを導入するクリーニングガス導入機構と、
前記処理室内に熱エネルギーが与えられたエネルギー媒体ガスを導入するエネルギー媒体導入機構と、
前記処理室内を排気する排気機構と、
前記処理室内に前記クリーニングガスを導入して基板表面にクリーニングガスを吸着させた後、前記エネルギー媒体ガスを前記処理室内に導入し、該エネルギー媒体ガスから前記基板上に吸着された前記クリーニングガスに熱エネルギーを供給して、前記基板表面でクリーニング反応を進行させるように制御する制御機構と
を具備することを特徴とする基板処理装置。
【請求項１２】
前記クリーニングガス導入機構および前記排気機構は、前記載置台に載置された基板に対して平行なガス流が形成されるように前記クリーニングガスを導入し排気することを特徴とする請求項１１に記載の基板処理装置。
【請求項１３】
前記エネルギー媒体導入機構および前記排気機構は、前記載置台に載置された基板に対して垂直なガス流が形成されるように前記エネルギー媒体ガスを導入し排気することを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の基板処理装置。
【請求項１４】
前記エネルギー媒体導入機構は、前記エネルギー媒体ガスを処理容器内に吐出するシャワーヘッドを有することを特徴とする請求項１３に記載の基板処理装置。
【請求項１５】
前記エネルギー媒体導入機構は、前記シャワーヘッドに設けられた前記エネルギー媒体ガスに熱エネルギーを与えるヒーターを有することを特徴とする請求項１４に記載の基板処理装置。
【請求項１６】
前記エネルギー媒体ガスを前記処理室内に導入するに先立って、前記処理室内を昇圧することを特徴とする請求項１１から請求項１５のいずれか１項に記載の基板処理装置。
【請求項１７】
コンピュータ上で動作し、処理装置を制御するプログラムが記憶された記憶媒体であって、前記プログラムは、実行時に、請求項１から請求項１０のいずれかのドライクリーニング方法が行われるようにコンピュータに処理装置を制御させることを特徴とする記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば半導体ウエハのような基板の表面をドライクリーニングするドライクリーニング方法、基板処理装置および記憶媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近時、半導体デバイスの高速化、配線パターンの微細化、高集積化の要求に対応して、配線間の容量の低下ならびに配線の導電性向上およびエレクトロマイグレーション耐性の向上が求められており、それに対応した技術として、配線材料にアルミニウム（Ａｌ）やタングステン（Ｗ）よりも導電性が高くかつエレクトロマイグレーション耐性に優れている銅（Ｃｕ）を用い、層間絶縁膜として低誘電率膜（Ｌｏｗ−ｋ膜）を用いたＣｕ多層配線技術が注目されている。
【０００３】
Ｃｕは酸化されやすく、その表面には容易に抵抗の高い酸化銅が形成されてコンタクトをとり難くなる等の問題が生じるため、Ｃｕ表面に形成された酸化膜を除去する必要がある。
【０００４】
Ｃｕ表面の酸化膜を除去する方法としては、プラズマを用いたドライクリーニングが用いられてきたが、プラズマを用いた場合には下地のＣｕにダメージを与えるおそれがあるため、プラズマを使用せずに基板表面をドライクリーニングする方法として、有機酸ドライクリーニング（例えば特許文献１）、水素アニール（例えば特許文献２）、一酸化炭素アニール（例えば特許文献２）等が検討されている。
【０００５】
一方、シリコンウエハ表面やシリコンウエハに形成されたシリサイド表面にも酸化膜が形成されやすく、この場合にも酸化膜が形成されることによりコンタクトがとり難くなるという問題が生じるため、シリコンやシリサイド表面に形成された酸化膜を除去する必要がある。
【０００６】
シリコン酸化膜を除去する方法としては、シリコン酸化膜表面にＨＦガス等を吸着させて反応生成物を形成させた後、高温アニールにより反応生成物を気化させるＣＯＲ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｒｅｍｏｖａｌ）と称される方法が提案されている（特許文献３）
【０００７】
しかしながら、従来の銅酸化膜のドライクリーニング方法は、上記特許文献１〜３に示すように、基板（半導体ウエハ）の裏面側から基板を加熱して基板表面の反応性を確保するのが一般的であり、少なくとも約１５０℃以上に基板を加熱する必要があるため、Ｌｏｗ−ｋ膜の劣化やＣｕ／Ｌｏｗ−ｋ膜への熱ストレスによる悪影響が懸念される。また、酸化膜除去反応は基板の極表面で生じればよいのであるが、基板全体を加熱する必要がありエネルギー効率が悪いという問題がある。
【０００８】
また、ＣＯＲの場合には、ＨＦガス等を吸着させて反応させるチャンバと高温アニールとは一般的に別チャンバで行われるため、装置設置面積が大きくなり、またこれらチャンバ間で基板を搬送するための複雑な搬送機構が必要となってしまう。また、高温アニールの際には、やはり基板の裏面側から基板を加熱することとなり、基板への熱影響が懸念される。
【特許文献１】特開２００３―２１８１９８号公報
【特許文献２】特開平６−９７１６０号公報
【特許文献３】特開２００５−３９１８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、基板に熱による悪影響を与えず、基板を効率良く加熱して基板表面のドライクリーニングを行うことができ、装置上の問題も生じないドライクリーニング方法および基板処理装置、並びにそのドライクリーニング方法を基板処理装置に実行させる記憶媒体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明の第１の観点では、減圧排気可能な処理室内に設けられた載置台に基板を載置し、基板表面をドライクリーニングするドライクリーニング方法であって、前記処理室内にクリーニングガスを導入し、クリーニングガスを基板上に吸着させる工程と、クリーニングガスを基板上に吸着させた後、前記処理室内に、熱エネルギーが与えられたエネルギー媒体ガスを導入し、該エネルギー媒体ガスから前記基板上に吸着された前記クリーニングガスに熱エネルギーを供給して、前記基板表面でクリーニング反応を進行させる工程とを含むことを特徴とするドライクリーニング方法を提供する。
【００１１】
上記第１の観点において、前記クリーニングガスの導入と前記エネルギー媒体ガスの導入との間に、前記処理室内にパージガスを導入して処理室内をパージする工程を有してもよい。また、前記クリーニングガスを基板上に吸着させる工程と、前記処理室内に前記エネルギー媒体ガスを導入し、クリーニング反応を進行させる工程とを、前記処理室内にパージガスを導入して処理室内をパージする工程を挟んで交互に行うようにすることもできる。
【００１２】
さらに、前記エネルギー媒体ガスは、前記処理室内の基板に供給される直前に熱エネルギーを与えられるようにすることができる。前記クリーニングガスは、前記載置台に載置された基板に対して平行なガス流が形成されるように供給されるようにすることができる。また、前記エネルギー媒体ガスは、前記載置台に載置された基板に対して垂直なガス流が形成されるように供給されるようにすることができる。さらに、前記エネルギー媒体ガスとしては、不活性ガスを用いることができる。
【００１５】
上記第１の観点において、前記クリーニングガスは、基板上の酸化膜または有機系汚染物質と反応してこれらを除去するものとすることができる。また、前記クリーニング反応は、８０〜３００℃の温度で進行させることが好ましい。さらに、前記エネルギー媒体ガスを前記処理室内に導入するに先立って、前記処理室内を昇圧するようにしてもよい。
【００１６】
本発明の第２の観点では、基板を収容してクリーニング処理を行う、減圧排気可能な処理室と、前記処理室内で基板を載置する載置台と、前記処理室内にクリーニングガスを導入するクリーニングガス導入機構と、前記処理室内に熱エネルギーが与えられたエネルギー媒体ガスを導入するエネルギー媒体導入機構と、前記処理室内を排気する排気機構と、前記処理室内に前記クリーニングガスを導入して基板表面にクリーニングガスを吸着させた後、前記エネルギー媒体ガスを前記処理室内に導入し、該エネルギー媒体ガスから前記基板上に吸着された前記クリーニングガスに熱エネルギーを供給して、前記基板表面でクリーニング反応を進行させるように制御する制御機構とを具備することを特徴とする基板処理装置を提供する。
【００１７】
上記第２の観点において、前記クリーニングガス導入機構および前記排気機構は、前記載置台に載置された基板に対して平行なガス流が形成されるように前記クリーニングガスを導入し排気するようにすることができる。また、前記エネルギー媒体導入機構および前記排気機構は、前記載置台に載置された基板に対して垂直なガス流が形成されるように前記エネルギー媒体ガスを導入し排気するようにすることができる。この場合に、前記エネルギー媒体導入機構は、前記エネルギー媒体ガスを処理容器内に吐出するシャワーヘッドを有する構成とすることができる。また、前記エネルギー媒体導入機構は、前記シャワーヘッドに設けられた前記エネルギー媒体ガスに熱エネルギーを与えるヒーターを有する構成とすることができる。さらに、前記エネルギー媒体ガスを前記処理室内に導入するに先立って、前記処理室内を昇圧するようにしてもよい。
【００２０】
本発明の第３の観点では、コンピュータ上で動作し、処理装置を制御するプログラムが記憶された記憶媒体であって、前記プログラムは、実行時に、上記第１の観点のドライクリーニング方法が行われるようにコンピュータに処理装置を制御させることを特徴とする記憶媒体を提供する。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、処理室内にクリーニングガスを導入し、クリーニングガスを基板上に吸着させた後、処理室内に、熱エネルギーが与えられたエネルギー媒体ガスを導入し、該エネルギー媒体ガスから前記基板上に吸着された前記クリーニングガスに熱エネルギーを供給して、前記基板表面でクリーニング反応を進行させるので、クリーニングが必要な基板の表面のみが加熱され、基板への悪影響を極めて少なくすることができ、基板に形成された膜の熱による劣化や熱ストレスによる悪影響を回避することができる。また、基板全体を加熱する必要がないので、エネルギー効率が高い。さらに、ＣＯＲのように２チャンバの装置が不要であり、装置設置面積が大きくなることを回避することができる。さらにまた、クリーニングの際の温度は高々３００℃程度でよいので、エネルギー媒体ガスの加熱に特別な性能のヒーターは必要でなく、装置コストの上昇を招くことはない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係るドライクリーニング方法を実施するために用いられる処理装置の一例を模式的に示す断面図である。
【００２４】
この処理装置１００は、気密に構成された略円筒状のチャンバ１を有している。チャンバ１の底壁１ａの中央部には円形の開口部２が形成されており、この開口部２には、チャンバ１内で半導体基板であるウエハＷを水平に支持するための載置台３が設けられている。載置台３と底壁１ａとの間には断熱部４が設けられており、チャンバ１の底壁１ａと気密に接合されている。
【００２５】
チャンバ１の側壁１ｂには、排気口５が形成されており、そこに接続された排気管６を介して、高速真空ポンプを含む排気装置７が接続されている。排気管６にはコンダクタンス可変バルブ６ａが設けられており、チャンバ１からの排気量を調節できるようになっている。そしてこの排気装置７を作動させることによりチャンバ１内のガスが排気され、排気管６を介してチャンバ１内を所定の真空度まで高速に減圧することが可能となっている。
【００２６】
チャンバ１の天壁１ｃには、シャワーヘッド１０が設けられている。このシャワーヘッド１０の上壁には、シャワーヘッド１０内にガスを導入するガス導入口１２が設けられており、このガス導入口１２にエネルギー媒体ガスを供給する配管１３が接続されている。ガス導入口１２に接続する配管１３の他端は、エネルギー媒体ガスを供給するためのエネルギー媒体ガス供給源２３に接続されている。配管１３には、マスフローコントローラ２１とその前後のバルブ２２が設けられている。エネルギー媒体ガスとしては、Ｈｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｎ２等の不活性ガスを好適に用いることができる。
【００２７】
シャワーヘッド１０の内部には拡散室１４が形成されており、下部には、載置台３に向けてエネルギー媒体ガスを吐出するための多数の吐出孔１１が形成されている。そして、ガス導入口１２から導入されたガスは、この拡散室１４の空間で拡散され、吐出孔１１からチャンバ１内に載置台３に載置されたウエハＷに対して垂直に吐出される。
【００２８】
シャワーヘッド１０の各吐出孔１１の周囲には、シャワーヘッド１０内でエネルギー媒体ガスを加熱するための加熱手段であるヒーター１５が設けられている。このヒーター１５の周囲は、熱伝導率の低い材料、例えば耐熱性合成樹脂、石英、セラミックスなどによる断熱部１６が設けられ、断熱されている。そして、ヒーター１５の内側を通過するエネルギー媒体ガスが、瞬時に、かつ効率よく加熱される。
【００２９】
チャンバ１の側壁１ｂの排気口５と対向する側には、ガス導入口１７が設けられており、チャンバ１内にクリーニングガスとパージガスを供給するための配管１８が接続されている。配管１８の他端側は二つに分岐しており、その一方は、マスフローコントローラ２４ａとその前後のバルブ２５ａ，２５ａを介してクリーニングガス供給源２６に接続され、また、他方はマスフローコントローラ２４ｂとその前後のバルブ２５ｂ，２５ｂを介してパージガス供給源２７に接続されている。
【００３０】
クリーニングガス供給源２６は、ウエハＷの表面をクリーニングするためのクリーニングガスを供給するものである。この際のクリーニングは、例えば、ウエハＷを構成するシリコンや、ウエハＷ表面の金属膜、シリコン膜、シリサイド膜、ウエハＷ配線表面等に形成された金属酸化膜や有機汚染物質等のクリーニング対象を除去するものである。
【００３１】
クリーニングガスとしてはクリーニング対象の種類に応じて、種々のものを用いることができる。例えばウエハＷに形成されたＣｕ配線上の酸化膜（酸化銅）を除去するためには、有機酸等の有機化合物やＮＨ３（アンモニア）等を用いることができ、シリコン上の酸化膜（酸化シリコン）を除去するためには、ＨＦ（フッ化水素）やＮＨ３（アンモニア）等を用いることができ、ＣｏＳｉＯｘやＮｉＳｉＯｘ等のシリサイド上の酸化膜の場合には、有機酸とＨＦとの混合物を好適に用いることができる。有機汚染物質をクリーニング除去するためには、例えば、酸化銅を除去する際と同様、有機酸等の有機化合物を用いることができる。
【００３２】
酸化銅や有機汚染物質の除去の際にクリーニングガスとして用いられる有機化合物としては、有機酸、アルコール、アルデヒド等を挙げることができる。この中でも有機酸が好ましく、有機酸としてはカルボン酸を好適に用いることができる。カルボン酸としては、蟻酸（ＨＣＯＯＨ）、酢酸（ＣＨ３ＣＯＯＨ）、プロピオン酸（ＣＨ３ＣＨ２ＣＯＯＨ）、酪酸（ＣＨ３（ＣＨ２）２ＣＯＯＨ）、吉草酸（ＣＨ３（ＣＨ２）３ＣＯＯＨ）などを挙げることができ、これらの中では蟻酸（ＨＣＯＯＨ）が好ましい。
【００３３】
一方、パージガス供給源２７は、パージガスを供給できるように構成されている。パージガスは、気相中に残留した原料ガス、反応により生成した気相中の副生成物、および熱エネルギーを多く含むエネルギー媒体ガスをパージするためのガスであり、例えばＡｒガス、Ｈｅガス、Ｎ２ガス等の不活性ガスやＨ２ガス等を挙げることができる。このパージガスを導入することにより、配管１８内の残留原料ガスの排気や、チャンバ１内雰囲気の置換による反応副生成物の除去、ウエハＷの冷却などを行うことができる。
【００３４】
載置台３には、ウエハＷを支持して昇降させるため、例えば３本のウエハ支持ピン（図示せず）が載置台３の表面に対して突没可能に設けられている。
【００３５】
載置台３の内部には、温度調節媒体室３０が形成されており、導入路３１ａから、予め所定の温度に設定された温度調節媒体として、例えば水やフッ素系不活性液体であるガルデン（商品名）などを導入し、排出路３１ｂから排出することによって載置台３の温度を調節できるように構成されている。
【００３６】
チャンバ１の側壁１ｂには、処理装置１００に隣接する搬送室（図示せず）との間でウエハＷの搬入出を行うための搬入出口と、この搬入出口を開閉するゲートバルブとが設けられている（いずれも図示を省略）。
【００３７】
処理装置１００の各構成部は、マイクロプロセッサ（コンピュータ）を備えたプロセスコントローラ５０に接続されて制御されるようになっている。また、プロセスコントローラ５０には、オペレータが処理装置１００を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、処理装置１００の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなるユーザーインターフェース５１が接続されている。さらに、プロセスコントローラ５０には、処理装置１００で実行される各種処理をプロセスコントローラ５０の制御にて実現するための制御プログラムや、処理条件に応じて処理装置の各構成部に処理を実行させるためのプログラムすなわちレシピが格納された記憶部５２が接続されている。レシピは記憶媒体に記憶されている。記憶媒体は、ハードディスク等の固定的なものであってもよいし、ＣＤＲＯＭ、ＤＶＤ等の可搬性のものであってもよい。さらに、他の装置から、例えば専用回線を介してレシピを適宜伝送させるようにしてもよい。そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース５１からの指示等にて任意のレシピを記憶部５２から呼び出してプロセスコントローラ５０に実行させることで、プロセスコントローラ５０の制御下で、処理装置１００でのクリーニング処理が行われる。
【００３８】
次に、このような処理装置１００を用いて、ウエハＷ上の所定の膜に形成された酸化膜をドライクリーニングにより除去する手順について、図２のフローチャートを参照しながら説明する。
【００３９】
まず、図示しないゲートバルブを開にして搬入出口から、ウエハＷをチャンバ１内に搬入し、載置台３上に載置する（工程１）。次いで、温度調節媒体室３０に所定温度の温度調節媒体を導入して、クリーニングガスがウエハＷの表面に吸着しやすい温度に温調する（工程２）。
【００４０】
そして、排気装置７の真空ポンプによりチャンバ１内を排気しつつ、バルブ２５ａを開にして、クリーニングガス供給源２６からクリーニングガスをマスフローコントローラ２４ａによって流量制御しつつガス導入口１７を介してチャンバ１内に供給し、ウエハＷ表面に吸着させる（工程３）。すなわち、チャンバ１内にクリーニングガスを導入しつつ、排気装置７によりチャンバ１内を排気することにより、図１中に白矢印で示すように、ガス導入口１７から排気口５へ向けて、載置台３に載置されたウエハＷの表面に平行な方向にクリーニングガスの流れが形成され、これによりウエハＷ表面にクリーニングガスが物理吸着または化学吸着される。
【００４１】
次に、バルブ２５ａを閉じ、バルブ２５ｂを開にして、パージガス供給源２７からパージガスをマスフローコントローラ２４ｂによって流量制御しつつガス導入口１７を介してチャンバ１内に供給しつつチャンバ１内を排気することにより、チャンバ１内をパージし、チャンバ１内に気相状態で残留するクリーニングガスを除去する（工程４）。
【００４２】
次に、エネルギー媒体ガスをチャンバ内に導入するに先立って、一旦、チャンバ１内を昇圧する（工程５）。この工程は、次にエネルギー媒体ガスをチャンバに導入する際に、エネルギー媒体ガスの膨張による温度低下を防止するとともに、ウエハＷの表面に吸着しているクリーニングガスの脱離、拡散を抑制するために行われる。
【００４３】
昇圧は、例えば、引き続きパージガスを導入しながら、排気口５と排気装置７との間の排気管６に介在されたコンダクタンス可変バルブ６ａにより、排気コンダクタンスを調節することにより行なうことが可能である。この際に、チャンバ１内の圧力は、例えば５００〜５０００Ｐａの範囲内の所定の圧力とすることが好ましい。
【００４４】
なお、処理時間を短縮する目的で、工程４と工程５とを同時に実施すること、つまり、チャンバ１内へのパージガス導入開始と同時に前記圧力調節手段により排気量を調節して昇圧することも可能である。
【００４５】
次に、バルブ２５ｂを閉じ、バルブ２２を開けて、エネルギー媒体ガス供給源２３からエネルギー媒体ガスをマスフローコントローラ２１によって流量制御しつつ配管１３およびガス導入口１２を介してシャワーヘッド１０の拡散室１４内に導入し、そこでヒーター１５により熱エネルギーを受けたエネルギー媒体ガスをチャンバ１内に吐出させ、吸着したクリーニングガスに熱エネルギーを与える（工程６）。すなわち、エネルギー媒体ガスは、ヒーター１５により与えられた熱エネルギーをウエハＷ（基板）の表面に吸着されたクリーニングガスに輸送し、クリーニング反応を生じさせる。
【００４６】
このとき、拡散室１４内に導入されたエネルギー媒体ガスは、シャワーヘッド１０の下部に設けられた多数の吐出孔１１を通して、図１中黒矢印で示すように対向配置されたウエハＷの表面にほぼ垂直に噴射される。この際、エネルギー媒体ガスはヒーター１５により所定の高温まで加熱され、十分な熱エネルギーを持った状態でウエハＷの表面に衝突する。
【００４７】
エネルギー媒体ガスの加熱温度は、クリーニング反応に応じて８０℃以上３００℃以下の所望の温度とすることが好ましい。より好ましくは２００℃以下である。この際のチャンバ１内の圧力は、クリーニング反応を効率よく進行させる観点から、工程５の際の上昇させた圧力を維持することが好ましい。
【００４８】
上述したように、ウエハＷの表面には、クリーニングガスが吸着された状態になっており、そこに高温のエネルギー媒体ガスが吹き付けられることによりクリーニング反応に必要な熱エネルギーが効率良く供給される。その結果、ウエハＷの表面でクリーニング反応が進行し、ウエハＷ表面に形成された酸化膜や有機汚染物質等のクリーニング対象が除去される。
【００４９】
例えば、ウエハＷに形成されたＣｕ配線上の酸化銅膜を蟻酸によってクリーニング除去する場合には、図３の（ａ）に示すように、酸化銅膜（Ｃｕ２Ｏ）２０１を覆うように蟻酸（ＨＣＯＯＨ）２０２が吸着している状態で、図３の（ｂ）に示すようにエネルギー媒体ガスにより、熱エネルギーを与えると、以下の（１）式に示す反応により、酸化銅膜２０１が除去される。
Ｃｕ２Ｏ＋２ＨＣＯＯＨ→２Ｃｕ（ＨＣＯＯ）↑＋Ｈ２Ｏ↑    …（１）
【００５０】
また、ウエハＷのシリコン部分に形成された酸化シリコンをフッ化水素（ＨＦ）によってクリーニング除去する場合には、以下の（２）式に示す反応により酸化シリコン膜が除去される。
ＳｉＯ２＋４ＨＦ→ＳｉＦ４↑＋２Ｈ２Ｏ↑    …（２）
【００５１】
なお、エネルギー媒体ガスは、シャワーヘッド１０内に導入する以前に予め外部の加熱手段により所定温度まで加熱しておくことも可能であり、この場合、シャワーヘッド１０の下部に設けられたヒーター１５は、エネルギー媒体ガスの温度を最終調節するための補助加熱手段として機能させることができる。
【００５２】
工程６のクリーニングが終了した時点で、バルブ２２を閉じ、エネルギー媒体ガスの導入を停止する。そして、この時点でウエハＷ表面の酸化膜等が除去されていればクリーニングを終了するが、一回の操作で酸化物等を除去することは困難であるため、後述するようにクリーニングガスを吸着させる工程と、エネルギー媒体ガスによるクリーニング反応を生じさせる工程とを含む一連の工程を複数回繰り返すことが好ましい。
【００５３】
このような場合には、エネルギー媒体ガスの供給を停止した後、チャンバ１内の圧力を降下させることが好ましい（工程７）。クリーニング反応の後にチャンバ１内を減圧することにより、エネルギー媒体ガスを排気してウエハＷの表面へのエネルギー供給を速やかに停止することができ、かつウエハＷ表面の熱を速やかに取り除くことができる。これにより、次のクリーニングガスの吸着の準備を迅速に行うことができる。また、このように圧力を降下させることにより、反応副生成物のウエハＷ表面からの離脱を促進する作用、反応後の気相副生成物の排出を促してガスパージ工程を短縮する作用を期待することができる。
【００５４】
この際の減圧は、プロセスコントローラ５０の制御の下で、コンダクタンス可変バルブ６ａを全開にして、排気装置７によりチャンバ１内を排気することにより行うことができる。この際には、工程５で昇圧した圧力分だけを降下させることが好ましい。これにより次回のサイクルでクリーニングガス供給時の圧力調節を兼ねることが可能になる。
【００５５】
次に、バルブ２５ｂを開にして、再びパージガス供給源２７からパージガスをマスフローコントローラ２４ｂによって流量制御しつつガス導入口１７を介してチャンバ１内に供給しつつ排気装置７によりチャンバ１内を排気してチャンバ１内をパージする（工程８）。これにより、エネルギー媒体ガスによって輸送された熱エネルギーを取り除き、かつ、反応によって生じた気相中およびウエハＷ表面に吸着された副生成物を除去し、次のサイクルのクリーニングガスの吸着に備える。
【００５６】
以上のように、クリーニングガスをウエハＷの表面に吸着させる工程、チャンバ１内をパージガスによってパージする工程、エネルギー媒体ガスによってウエハＷ表面のクリーニングガスに熱エネルギーを供給してクリーニング反応を生じさせる工程（工程２〜８）により、最初に吸着させたクリーニングガスにより生じた反応分だけウエハＷ表面の酸化膜等が除去される。そして、形成された酸化膜等の厚さに応じてこれら工程２〜８を所定回数繰り返すことにより、ウエハＷ表面の酸化膜等を完全に除去することができる。
なお、工程５の昇圧および工程７の減圧は、任意の工程であり、チャンバ１内を一定圧力に維持した状態で工程４のパージ、工程６の反応および工程８のパージを実施することも可能である。
【００５７】
以上のようにして、ウエハＷ表面の酸化膜等が除去された後、図示しないゲートバルブを開にして搬入出口からウエハＷを搬出する（工程９）。以上のようにして、１枚のウエハＷに対してクリーニング処理が終了する。
【００５８】
このようにクリーニングを行う際には、クリーニング反応のための熱エネルギーをウエハＷの上方から供給されるエネルギー媒体ガスにより与えるため、クリーニングが必要なウエハＷの表面のみが加熱され、ウエハＷへの熱影響を極めて少なくすることができ、ウエハＷに形成された膜の熱による劣化や熱ストレスによる悪影響を回避することができる。このため、特に熱影響が懸念されるＣｕ／Ｌｏｗ−ｋ膜構造を有するウエハに有効である。また、ウエハ全体を加熱する必要がないので、エネルギー効率が高い。
【００５９】
さらに、クリーニングの際の温度は高々３００℃程度でよいので、エネルギー媒体ガスを加熱するためのヒーター１５も特別な性能が必要ではなく低コストのものでよく、装置コストも低いものとすることができる。さらにまた、ＣＯＲのように２チャンバの装置が不要であり、装置設置面積が大きくなることを回避することができる。
【００６０】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
図４は、本発明の第２の実施形態に係るドライクリーニング方法を実施するために用いられる処理装置の一例を模式的に示す断面図である。
【００６１】
この処理装置１０１では、第１の実施形態の成膜装置１００とは異なり、加熱したクリーニングガスをシャワーヘッドを介して供給する方法を実施するものである。
【００６２】
具体的には、チャンバ１の天壁１ｃには、シャワーヘッド６０が設けられている。このシャワーヘッド６０は、上段ブロック体６１、中段ブロック体６２、下段ブロック体６３で構成されている。そして、下段ブロック体６３にはガスを吐出する吐出孔６４と６５とが交互に形成されている。上段ブロック体６１の上面には、第１のガス導入口６６と、第２のガス導入口６７とが形成されている。
【００６３】
第１のガス導入口６６は、途中で２分岐しているガスライン７２を介して希釈ガス供給源８３およびクリーニングガス供給源８６へ接続され、第２のガス導入口６７は、ガスライン７３を介してパージガス供給源８９に接続されている。ガスライン７２の希釈ガス供給源８３側の分岐ラインには、マスフローコントローラ８１とその前後のバルブ８２が設けられており、クリーニングガス供給源８６側の分岐ラインには、マスフローコントローラ８４とその前後のバルブ８５が設けられている。また、ガスライン７３には、マスフローコントローラ８７とその前後のバルブ８８が設けられている。希釈ガスはクリーニングガスを希釈するためのものであり、Ｈｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｎ２等の不活性ガスを好適に用いることができる。
【００６４】
上段ブロック体６１の中では、第１のガス導入口６６から多数のガス通路６８が分岐している。中段ブロック体６２にはガス通路６９が形成されており、上記ガス通路６８がこれらガス通路６９に連通している。さらにこのガス通路６９が下段ブロック体６３の複数の吐出孔６４に連通している。また、上段ブロック体６１の中では、第２のガス導入口６７から多数のガス通路７０が分岐している。中段ブロック体６２にはガス通路７１が形成されており、上記ガス通路７０がこれらガス通路７１に連通している。さらにこのガス通路７１が下段ブロック体６３の吐出孔６５に連通している。
【００６５】
各吐出孔６４の周囲には、シャワーヘッド６０内で処理ガスおよび希釈ガスを加熱するための加熱手段であるヒーター７４が設けられている。さらに、ヒーター７４の周囲は、熱伝導率の低い材料として、例えば耐熱性合成樹脂、石英、セラミックスなどによる断熱部７５が設けられ、断熱されている。
【００６６】
そして、クリーニングガス供給源８６からのクリーニングガスが必要に応じて希釈ガス供給源８３からの希釈ガスに希釈されてガスライン７２を介してシャワーヘッド６０に至り、ヒーター７４により加熱されて吐出孔６４から吐出され、加熱されたクリーニングガスが直接ウエハＷの表面に供給されるようになっている。このように本実施形態では、クリーニングガスをウエハＷに吸着させる必要がないので、上記ガスの他、例えば、酸化銅膜を除去するガスとしてＨ２ガスやＣＯを用いることができる。
【００６７】
チャンバ１の底壁１ａには、２カ所に排気口７６が形成されており、これらにそれぞれ接続された排気管７７を介して、高速真空ポンプを含む排気装置７が接続されている。そして、この排気装置７を作動させることによりチャンバ１内のガスが排気され、排気管７７を介してチャンバ１内を所定の真空度まで高速に減圧することが可能となる。また、配管７７の排気口７６と排気装置７との間の部分にそれぞれ設けられたコンダクタンス可変バルブ７８により、プロセスコントローラ５０の制御の下で、排気コンダクタンスを調節し、チャンバ１内の圧力を調節し、昇圧あるいは降圧させることができる。
【００６８】
他の構成は図１の装置と同じであるので、図１と同じものには同じ符号を付して説明を省略する。
【００６９】
このように構成された処理装置１０１は、図５のフローチャートに示すように、まず、図示しないゲートバルブを開にして搬入出口から、ウエハＷをチャンバ１内に搬入し、載置台３上に載置する（工程１１）。次いで、温度調節媒体室３０に所定温度の温度調節媒体を導入して、ウエハＷを所定の温度に温調する（工程１２）。
【００７０】
そして、排気装置７の真空ポンプによりチャンバ１内を排気しつつ、バルブ８５を開にして、クリーニングガス供給源８６からクリーニングガスをマスフローコントローラ８４によって流量制御しつつガスライン７２およびガス導入口６６を介してシャワーヘッド６０に導入し、吐出孔６４を通過する間にヒーター６４で加熱しつつチャンバ１内に吐出させる（工程１３）。この際に、必要に応じて希釈ガス供給源８３から希釈ガスを供給して、クリーニングガスを希釈してもよい。この加熱されたクリーニングガスがウエハＷ表面に到達すると、ウエハＷ表面に形成された酸化膜や有機汚染物質等のクリーニング対象との間でクリーニング反応が生じ、これらクリーニング対象が除去される。
【００７１】
例えば、ウエハＷに形成されたＣｕ配線上の酸化銅膜を蟻酸によってクリーニング除去する場合には、図６に示すように、酸化銅膜（Ｃｕ２Ｏ）２１１に対して加熱された蟻酸（ＨＣＯＯＨ）２１２を直接供給することにより、上記（１）式に示す反応が生じ、酸化銅膜２１１が除去される。
【００７２】
また、本実施形態では、上述したように、酸化銅膜を除去する際にＨ２ガスやＣＯガスを用いることもでき、Ｈ２ガスを用いた際には、以下の（３）式に示す反応により、また、ＣＯガスを用いた際には、以下の（４）式に示す反応により、酸化銅膜を除去することができる。
Ｃｕ２Ｏ＋Ｈ２→２Ｃｕ＋Ｈ２Ｏ  …（３）
Ｃｕ２Ｏ＋ＣＯ→２Ｃｕ＋ＣＯ２  …（４）
【００７３】
工程１３のクリーニングが終了した時点で、バルブ８５を閉じてクリーニングガスの導入を停止し、バルブ８８を開けてパージガス供給源８９からパージガスを供給しつつ排気装置７によりチャンバ１内を排気してチャンバ１内をパージする（工程１４）。これにより、チャンバ１およびシャワーヘッド６０からクリーニングガスを除去するとともに、ウエチャンバ１内の温度を低下させる。
【００７４】
その後、図示しないゲートバルブを開にして搬入出口からウエハＷを搬出する（工程１５）。以上のようにして、１枚のウエハＷに対してクリーニング処理が終了する。
【００７５】
本実施形態においては、加熱されたクリーニングガスをウエハＷの表面に供給するため、従前の実施形態と同様、基本的にクリーニングが必要なウエハＷの表面のみが加熱され、ウエハＷへの熱影響を極めて少なくすることができ、ウエハＷに形成された膜の熱による劣化や熱ストレスによる悪影響を回避することができる。このため、特に熱影響が懸念されるＣｕ／Ｌｏｗ−ｋ膜構造を有するウエハに有効である。また、ウエハ全体を加熱する必要がないので、エネルギー効率が高い。さらに、クリーニングガスを供給するのみであるから、極めて簡易にクリーニングを行うことができる。
【００７６】
また、クリーニングガスの供給時間を調整することにより、１回のクリーニングガスの供給によりクリーニング対象を除去することが可能である。ただし、加熱されたクリーニングガスを長時間ウエハＷに供給すると、ウエハＷ全体の温度が上昇してしまうおそれがある。そのような場合には、加熱されたクリーニングガスの供給とパージガスの供給とを交互に複数回繰り返すことによりウエハＷの温度上昇を抑制することが可能である。
【００７７】
さらに、本実施形態においてもクリーニングの際の温度は高々３００℃程度でよいので、装置コストも低いものとすることができ、さらに１チャンバでの処理であるため、装置設置面積が大きくなることを回避することができる。
【００７８】
なお、本発明は上記実施形態に限定されることはなく、種々の変形が可能である。
例えば、第１の実施形態では、シャワーヘッドの吐出孔の周囲に、エネルギー媒体ガスを加熱するヒーターを設け、第２の実施形態では、シャワーヘッドの吐出孔の周囲にクリーニングガスを加熱するヒーターを設けたが、これに限らず拡散室１４内等、他の部分にヒーター設けることも可能である。
【００７９】
また、上記実施形態では載置台として固定式のものを用いたが、水平面に回転可能な機構を備えたものを用いることもできる。これにより、クリーニング反応をより均一に進行させることができる。
【００８０】
さらに、上記実施形態では半導体ウエハに形成された酸化膜や有機不純物をクリーニング除去する例について示したが、これに限らず、クリーニングガスとの反応で除去できるクリーニング対象であれば適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明は、例えば各種半導体装置の製造過程で半導体ウエハの表面に形成された酸化膜や有機不純物の除去に好適に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るドライクリーニング方法を実施するために用いられる処理装置の一例を模式的に示す断面図。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るドライクリーニング方法を説明するフローチャート。
【図３】本発明の第１の実施形態に係るドライクリーニング方法の具体例を示す模式図。
【図４】本発明の第２の実施形態に係るドライクリーニング方法を実施するために用いられる処理装置の一例を模式的に示す断面図。
【図５】本発明の第２の実施形態に係るドライクリーニング方法を説明するフローチャート。
【図６】本発明の第２の実施形態に係るドライクリーニング方法の具体例を示す模式図。
【符号の説明】
【００８３】
１；チャンバ
２；開口部
３；載置台
４；断熱部
７；排気装置
１０，６０；シャワーヘッド
１５，７４；ヒーター
１７，６６，６７；ガス導入口
２３；エネルギー媒体ガス供給源
２６，８６；クリーニングガス供給源
２７，８９；パージガス供給源
３０；温度調節媒体室
５０；プロセスコントローラ
８３；希釈ガス供給源
１００；処理装置
Ｗ；半導体ウエハ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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